JP2017021935A - プレスフィット端子 - Google Patents

Abstract

【課題】リン青銅を用いた場合と同等の端子挿入力、端子保持力、および、接触電気抵抗を確保可能なプレスフィット端子を提供する。【解決手段】プレスフィット端子１は、Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料より構成されている。端子材料には、角線材を用いることができる。Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、１０〜７０質量％のＦｅを含有することができる。端子材料は、金属母材の表面にめっき膜を有することができる。めっき膜は、Ｓｎ系めっき膜、あるいは、Ｎｉ系めっき膜およびＮｉ系めっき膜の表面に形成されたＳｎ系めっき膜より構成することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、プレスフィット端子に関する。

従来、バネ性を用いて回路基板との電気的接続を維持する端子として、プレスフィット端子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のプレスフィット端子を構成するための端子材料としては、一般に、リン青銅やコルソン合金等の良好なバネ性を有する材料が用いられている。

特開２００４−３１９３３８号公報

リン青銅等を用いた従来のプレスフィット端子は、回路基板のスルーホールへの端子挿入力、スルーホールへ挿入された後の端子保持力、および、スルーホールとの接触電気抵抗の３つのバランスを比較的確保しやすい。しかしながら、リン青銅等の端子材料は、比較的価格が高い。そのため、従来のプレスフィット端子は、低コスト化を図り難いという欠点がある。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、リン青銅を用いた場合と同等の端子挿入力、端子保持力、および、接触電気抵抗を確保可能なプレスフィット端子を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料より構成されていることを特徴とするプレスフィット端子にある。

上記プレスフィット端子は、Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料より構成されている。Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料は、リン青銅からなる金属母材を有する端子材料に比べ、バネ性が高く、バネ性の緩和も生じ難い。それ故、上記プレスフィット端子は、リン青銅を用いた場合と同等の端子挿入力、端子保持力、および、接触電気抵抗を確保することができる。

実施例１のプレスフィット端子の側面を模式的に示した説明図である。 実施例１のプレスフィット端子のプレスフィット部を回路基板のスルーホールに電気的に接続させた様子を模式的に示した説明図である。 Ｃｕ−Ｆｅ系合金およびリン青銅の引張特性を示した図である。 応力緩和測定方法を模式的に示した説明図である。 Ｃｕ−Ｆｅ系合金およびリン青銅の応力緩和特性を示した図である。 試料１および試料１Ｃのプレスフィット端子の端子挿入力を示した図である。 試料１および試料１Ｃのプレスフィット端子の端子保持力を示した図である。 試料１および試料１Ｃのプレスフィット端子の接触電気抵抗を示した図である。

上記プレスフィット端子において、Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、具体的には、例えば、１０〜７０質量％のＦｅを含有することができる。より具体的には、Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、１０〜７０質量％のＦｅを含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる化学成分を有することができる。

Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、Ｆｅ含有量が多くなるほど強度が高くなる傾向がある。そのため、Ｆｅ含有量を１０質量％以上とすることにより、プレスフィット端子に要求される強度を満足させやすくなる。また、Ｆｅ含有量を１０質量％以上とすることにより、材料コスト低減の効果が大きくなる。それ故、端子強度をより高くし、材料コスト低減の効果をより大きくするなどの観点から、Ｆｅ含有量は、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは１５質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上とすることができる。

一方、Ｆｅは、Ｃｕに比べて導電率が低い。そのため、Ｆｅ含有量が過度に多くなると、プレスフィット端子の導電性が悪くなるおそれがある。また、Ｆｅ含有量が過度に多くなると、曲げ加工性が悪化するため、曲げ加工に伴って金属母材に割れが生じるおそれが高くなる。これらの観点から、Ｆｅ含有量は、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは６５質量％以下、さらに好ましくは６０質量％以下とすることができる。

上記プレスフィット端子において、端子材料は、金属母材の表面にめっき膜を有することができる。めっき膜は、具体的には、例えば、Ｓｎ系めっき膜より構成することができる。また、めっき膜は、他にも例えば、Ｎｉ系めっき膜およびＮｉ系めっき膜の表面に形成されたＳｎ系めっき膜より構成することもできる。なお、Ｓｎ系めっき膜は、具体的には、Ｓｎめっき膜、および／または、Ｓｎ合金めっき膜より構成することができる。Ｎｉ系めっき膜は、具体的には、Ｎｉめっき膜、および／または、Ｎｉ合金めっき膜より構成することができる。

Ｓｎ系めっき膜は、表面に極薄い酸化膜が存在している。そのため、内部のＳｎの酸化が抑制される。また、プレスフィット端子が回路基板のスルーホールに挿入されたり、相手端子と嵌合されたりした際に、極薄い酸化膜が破れ、酸化膜の下のＳｎ系めっきが露出する。それ故、Ｓｎ系めっき膜は、接触電気抵抗を低く保つのに有利である。また、Ｓｎ系めっき膜は、金属母材を腐食や錆から保護する効果もある。それ故、この構成によれば、接触電気抵抗の上昇抑制、腐食や錆等による端子強度の低下抑制に有利である。なお、めっき膜は、リフロー処理されていてもよい。

上記プレスフィット端子において、端子材料は、角線材であるとよい。この場合には、板材の打ち抜き体よりなる端子材料が用いられる場合に比べ、プレスフィット端子の製造工程における材料ロスを低減させることができる。そのため、低コスト化に有利なプレスフィット端子が得られる。また、この場合には、プレス前に角線材のめっき加工を行いやすい等の利点がある。

上記プレスフィット端子は、例えば、ＰＣＢ（Print Circuit Board）等に適用される基板コネクタに好適に用いることができる。また、上記プレスフィット端子は、具体的には、自動車用とすることができる。また、上記プレスフィット端子は、具体的には、例えば、ニードルアイ形状、アクションピン形状、または、ソリッド形状等の形状を呈するプレスフィット部を有する構成とすることができる。

なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。

以下、実施例のプレスフィット端子について、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。

（実施例１）
実施例１のプレスフィット端子について、図１、図２を用いて説明する。図１、図２に示されるように、本例のプレスフィット端子１は、Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料より構成されている。

本例では、Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、１０〜７０質量％のＦｅを含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる化学成分を有している。端子材料は、Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材の表面にＳｎめっき膜を有しており、角線材より切り出されたものである。

また、本例では、プレスフィット端子１は、相手方端子（不図示）と嵌合することにより電気的接続が取られる嵌合部１１と、回路基板３のスルーホール３１内に圧入されることによりスルーホール３１内周に形成された導電部３２と電気的接続が取られるプレスフィット部１２とを有している。プレスフィット端子１は、嵌合部１１とプレスフィット部１２との間を連結する連結部１３を有している。連結部１３は、その途中に曲げ部１３０を有している。

本例において、嵌合部１１は、具体的には、タブ状に形成されており、相手方端子が有する筒状の相手方嵌合部内に挿入される。連結部１３は、具体的には、「Ｌ」字状に形成されており、嵌合部１１側の端部に一対の抜止部１３１と一対の位置決め部１３２とが幅方向に貼り出した状態で形成されている。抜止部１３１は、その先端寄りの縁がテーパ状とされており、プレスフィット端子１を嵌合部１１側から基板コネクタの端子圧入孔（不図示）に圧入可能とされるとともに、反対側の縁が切り立って抜け止めされる。また、位置決め部１３２は、その先端寄りの縁が切り立って、圧入された際に端子圧入孔の縁部に係止され、プレスフィット端子１が位置決めされる。なお、嵌合部１１の幅は、０．６４ｍｍとされている。なお、嵌合部１１の幅は、０．６４ｍｍ以下とすることもできる。

プレスフィット部１２は、具体的には、ニードルアイ形状に形成されている。プレスフィット部１２の最大径寸法は、スルーホール３１における導電部３２の内径よりも所定量大きくされている。プレスフィット部１２は、圧縮変形されつつ径方向に押し縮められることにより、スルーホール３１に圧入されて導電部３２と電気的に接続されるようになっている。なお、プレスフィット部１２の基端側には、プレスフィット部１２をスルーホール３１に圧入する際に圧入治具（不図示）を当接させるための一対の治具当て部１２３が幅方向に張り出した状態で形成されている。

次に、本例のプレスフィット端子の作用効果について説明する。

本例のプレスフィット端子１は、Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料より構成されている。Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料は、リン青銅からなる金属母材を有する端子材料に比べ、バネ性が高く、バネ性の緩和も生じ難い。それ故、本例のプレスフィット端子１は、リン青銅を用いた場合と同等の端子挿入力、端子保持力、および、接触電気抵抗を確保することができる。

＜実験例＞
以下、実験例を用いてより具体的に説明する。

（材料試験）
−引張特性−
Ｆｅを５０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる化学組成を有するＣｕ−Ｆｅ系合金より構成される角線材（線幅０．６４ｍｍ）を準備した。また、リン青銅からなる角線材（線幅０．６４ｍｍ）を準備した。これら角線材を用いて、引張試験（ｎ＝３）を行った。その結果を、図３に示す。図３によれば、Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる角線材のヤング率は１１９ＧＰａであり、リン青銅からなる角線材のヤング率は８９ＧＰａであった。この結果から、Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、リン青銅と比較して、高いバネ性を有していることが分かる。

−応力緩和特性−
上記各角線材から、長さｌ_０（２１０ｍｍ）の試験片を採取した。そして、図４に示すように、角線材試験片の伸線方向の０．２％耐力に相当する応力ｓが負荷されるように、保持具９１を用いて角線材試験片９０にたわみｄを与えた。たわみｄは以下の式より算出した。
ｄ＝ｓ×ｌ_ｉ ^２／（６×Ｅ×ｔ）
但し、ｌ_ｉは角線材試験片の測定長さ、Ｅは角線材試験片の伸線方向のヤング率、ｔは角線材試験片の幅である。そして、１２０℃または１６０℃にて所定時間加熱した後に除荷し、除荷後のたわんだ角線材試験片の長さｌを測定し、残存応力［ｓ×（ｌ−ｌ_ｉ）／（ｌ_０−ｌ_ｉ）］を算出した。上記方法により算出された残存応力の値の平均値（ｎ＝５）を、図５に示す。図５に示されるように、Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、リン青銅と比較して、低温（１２０℃）、高温（１６０℃）のいずれにおいても応力緩和特性が高く、バネ性の緩和が生じ難いことが分かる。したがって、Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、バネ性を維持しやすく、ヘタリ難いといえる。

（プレスフィット端子の端子挿入力、端子保持力、および接触電気抵抗の評価）
上記各角線材を用い、ニードルアイ形状を呈するプレスフィット部を有する０．６４型の各プレスフィット端子を作製した。Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する角線材を用いたプレスフィット端子を試料１とする。また、リン青銅からなる金属母材を有する角線材を用いたプレスフィット端子を試料１Ｃとする。

各試料のプレスフィット端子について、プレスフィット部を、回路基板のスルーホールに圧入することにより、端子挿入力を測定した（ｎ＝１０）。また、スルーホールに圧入されたプレスフィット端子を引き抜くことにより、端子保持力を測定した（ｎ＝１０）。また、スルーホールに圧入されたプレスフィット端子について、接触電気抵抗を測定した（ｎ＝１０）。なお、スルーホール径は、直径φ＝０．９４ｍｍ、１．０９ｍｍの２種とした。

図６に、試料１および試料１Ｃのプレスフィット端子の端子挿入力を示す。端子挿入力は、基本的に、低いことが望ましい。図６に示されるように、Ｃｕ−Ｆｅ系合金を用いた試料１のプレスフィット端子の端子挿入力は、リン青銅を用いた試料１Ｃのプレスフィット端子の端子挿入力と同等であることが分かる。

図７に、試料１および試料１Ｃのプレスフィット端子の端子保持力を示す。端子保持力は、基本的に、高いことが望ましい。図７に示されるように、Ｃｕ−Ｆｅ系合金を用いた試料１のプレスフィット端子の端子保持力は、リン青銅を用いた試料１Ｃのプレスフィット端子の端子保持力と同等であることが分かる。

図８に、試料１および試料１Ｃのプレスフィット端子の接触電気抵抗を示す。接触電気抵抗は、基本的に、低いことが望ましい。図８に示されるように、Ｃｕ−Ｆｅ系合金を用いた試料１のプレスフィット端子の接触電気抵抗は、リン青銅を用いた試料１Ｃのプレスフィット端子の接触電気抵抗と同等であることが分かる。

上記の結果から、Ｃｕ−Ｆｅ系合金を用いることにより、リン青銅を用いた場合と同等の端子挿入力、端子保持力、および、接触電気抵抗を確保可能なプレスフィット端子が得られることが確認された。Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、リン青銅に比較して、材料コストが低いため、上記プレスフィット端子によれば、低コスト化に有利であるといえる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。

１ プレスフィット端子

Claims (5)

1. Ｃｕ−Ｆｅ系合金からなる金属母材を有する端子材料より構成されていることを特徴とするプレスフィット端子。
2. 上記端子材料は、角線材であることを特徴とする請求項１に記載のプレスフィット端子。
3. 上記Ｃｕ−Ｆｅ系合金は、１０〜７０質量％のＦｅを含有することを特徴とする請求項１または２に記載のプレスフィット端子。
4. 上記端子材料は、上記金属母材の表面にめっき膜を有しており、
   該めっき膜は、Ｓｎ系めっき膜、あるいは、Ｎｉ系めっき膜および該Ｎｉ系めっき膜の表面に形成されたＳｎ系めっき膜より構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレスフィット端子。
5. ニードルアイ形状、アクションピン形状、または、ソリッド形状を呈するプレスフィット部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレスフィット端子。

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